探索LMT85：高精度模擬溫度傳感器的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，溫度傳感器是至關(guān)重要的組件，它能夠精確測(cè)量溫度，為設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。今天，我們將深入了解一款性能出色的模擬溫度傳感器——LMT85。

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1. 產(chǎn)品概述

LMT85是德州儀器（TI）推出的一款1.8 - V，具備SC70/TO - 92/TO - 92S封裝的模擬溫度傳感器。它擁有眾多令人矚目的特性，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

1.1 主要特性

• 高精度：典型精度可達(dá)±0.4°C，能為溫度測(cè)量提供可靠的數(shù)據(jù)。例如在對(duì)溫度精度要求較高的醫(yī)療設(shè)備或工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，LMT85可以準(zhǔn)確地測(cè)量溫度，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
• 低電壓運(yùn)行：支持低至1.8 - V的電源電壓，同時(shí)靜態(tài)電流低至5.4 - μA，非常適合電池供電的應(yīng)用，如無(wú)人機(jī)、傳感器節(jié)點(diǎn)等，能夠有效延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。
• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為–50°C至150°C，可適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境條件。無(wú)論是在寒冷的極地地區(qū)還是高溫的工業(yè)熔爐旁，LMT85都能正常工作。
• 快速熱響應(yīng)：以LMT85LPG（TO - 92S封裝）為例，其熱時(shí)間常數(shù)典型值為10 - s（1.2 m/s氣流），相比傳統(tǒng)的熱敏電阻，能夠更快地響應(yīng)溫度變化，在煙霧和熱探測(cè)器等對(duì)時(shí)間 - 溫度敏感的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。
• 輸出保護(hù)：輸出具備短路保護(hù)功能，并且采用推挽輸出，驅(qū)動(dòng)能力為±50 - μA，能夠穩(wěn)定地輸出與溫度成反比的線性模擬電壓。
• 兼容性好：引腳布局與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的LM20/19和LM35溫度傳感器兼容，為工程師在設(shè)計(jì)時(shí)提供了便利，可輕松替換原有傳感器。
• 成本效益高：作為熱敏電阻的經(jīng)濟(jì)替代方案，LMT85在保證性能的同時(shí)，降低了成本。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

LMT85的特性使其在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，包括但不限于：

• 汽車領(lǐng)域：如信息娛樂(lè)系統(tǒng)、集群系統(tǒng)、動(dòng)力總成系統(tǒng)等，為汽車電子設(shè)備提供精確的溫度監(jiān)測(cè)。
• 安防領(lǐng)域：煙霧和熱探測(cè)器，能夠快速準(zhǔn)確地檢測(cè)溫度變化，及時(shí)發(fā)出警報(bào)。
• 消費(fèi)電子：無(wú)人機(jī)、家電等，確保設(shè)備在不同溫度環(huán)境下的正常運(yùn)行。

2. 技術(shù)規(guī)格

2.1 絕對(duì)最大額定值

• 電源電壓范圍為?0.3至6 V。
• 輸出引腳電壓范圍為?0.3至(VDD + 0.5) V。
• 輸出電流范圍為–7至7 mA。
• 任何引腳的輸入電流范圍為–5至5 mA。
• 最大結(jié)溫為150 °C，存儲(chǔ)溫度范圍為–65至150 °C。

2.2 ESD評(píng)級(jí)

不同封裝的LMT85在人體模型（HBM）和帶電設(shè)備模型（CDM）下都有一定的靜電放電保護(hù)能力。例如，LMT85LP在TO - 92/TO - 92S封裝下，HBM為±2500 V，CDM為±1000 V；LMT85DCK在SC70封裝下，HBM為±2500 V，CDM為±1000 V。這意味著在使用和處理LMT85時(shí)，需要注意靜電防護(hù)，避免靜電對(duì)芯片造成損壞。

2.3 推薦工作條件

• 溫度范圍為?50°C至150°C。
• 電源電壓范圍為1.8至5.5 V。

2.4 熱信息

不同封裝的LMT85具有不同的熱阻參數(shù)，如結(jié)到環(huán)境熱阻（RθJA）、結(jié)到外殼（頂部）熱阻（RθJC(top)）等。這些參數(shù)對(duì)于評(píng)估芯片的散熱性能和溫度上升情況非常重要。例如，LMT85 - Q1的DCK（SOT/SC70）封裝的RθJA為275 °C/W，而LMT85LPG的TO - 92S封裝的RθJA為130.4 °C/W，說(shuō)明LMT85LPG在散熱方面可能具有更好的表現(xiàn)。

2.5 精度特性

在不同的溫度和電源電壓條件下，LMT85的溫度精度有所不同。例如，在TA = TJ = 20°C至150°C，VDD = 1.8 V至5.5 V的條件下，典型精度為±0.4°C，最大誤差為±2.7°C。工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和精度要求，選擇合適的工作條件。

2.6 電氣特性

• 平均傳感器增益：典型值為–8.2 mV/°C，反映了輸出電壓隨溫度變化的斜率。
• 負(fù)載調(diào)節(jié)：源電流和灌電流在一定范圍內(nèi)時(shí)，負(fù)載調(diào)節(jié)的典型值分別為–0.22 mV和0.26 mV。
• 線路調(diào)節(jié)：典型值為200 μV/V。
• 電源電流：在不同溫度范圍內(nèi)，電源電流有所變化，典型值為5.4 μA。
• 輸出負(fù)載電容：最大可驅(qū)動(dòng)1100 pF的負(fù)載電容。
• 上電時(shí)間：典型值為0.7 ms，能夠快速穩(wěn)定輸出。
• 輸出驅(qū)動(dòng)：輸出驅(qū)動(dòng)能力為±50 μA，可滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求。

3. 詳細(xì)描述

3.1 工作原理

LMT85的溫度傳感元件由一個(gè)簡(jiǎn)單的基極 - 發(fā)射極結(jié)組成，通過(guò)電流源進(jìn)行正向偏置。該傳感元件的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器緩沖后，從OUT引腳輸出。放大器采用推挽輸出級(jí)，提供低阻抗輸出源。

3.2 傳輸函數(shù)

LMT85的輸出電壓與溫度之間的關(guān)系可以用傳輸表（Table 3）來(lái)表示，也可以通過(guò)拋物線方程進(jìn)行近似計(jì)算： [V{TEMP }(mV)=1324.0 mV-left[8.194 frac{mV}{^{circ} C}left(T - 30^{circ} Cright)right]-left[0.00262 frac{mV}{^{circ} C^{2}}left(T - 30^{circ} Cright)^{2}right]] 同時(shí)，也可以通過(guò)線性方程進(jìn)行更簡(jiǎn)單的近似： [V - V{1}=left(frac{V{2}-V{1}}{T{2}-T{1}}right) timesleft(T - T_{1}right)] 在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體需求選擇合適的計(jì)算方法。

3.3 功能模式

3.3.1 安裝和熱傳導(dǎo)

LMT85可以像其他集成電路溫度傳感器一樣方便地安裝，可以粘貼或固定在表面。為了確保良好的熱傳導(dǎo)，芯片背面直接連接到GND引腳。同時(shí)，引腳的焊盤和走線的溫度也會(huì)影響溫度測(cè)量結(jié)果。此外，LMT85還可以安裝在密封端金屬管內(nèi)，用于浸入液體或擰入罐體的螺紋孔中。但需要注意的是，要保持芯片及其布線和電路的絕緣和干燥，避免因潮濕導(dǎo)致短路，影響測(cè)量結(jié)果?？梢允褂糜∷㈦娐钒逋繉觼?lái)防止?jié)駳飧g引腳和電路走線。

3.3.2 輸出和噪聲考慮

推挽輸出使LMT85能夠吸收和提供較大的電流，適合驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)負(fù)載，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的輸入級(jí)。在測(cè)試中，測(cè)量了LMT85的電源噪聲增益，典型的衰減情況可以參考典型特性圖（Figure 8）。在輸出端添加負(fù)載電容可以幫助過(guò)濾噪聲。在噪聲較大的環(huán)境中，建議在LMT85附近約5厘米內(nèi)添加旁路電容，以降低電源噪聲對(duì)輸出的影響。

3.3.3 電容負(fù)載

3.3.4 輸出電壓偏移

由于NMOS/PMOS軌到軌緩沖器的固有特性，當(dāng)電源電壓在工作范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出可能會(huì)出現(xiàn)輕微的偏移。這種偏移通常在(V{DD}-V{OUT}=1 ~V)時(shí)發(fā)生，偏移量約為幾毫伏，且在較寬的(V{DD})或(V{OUT})變化（約200 mV）和5°C至20°C的溫度變化范圍內(nèi)發(fā)生。不過(guò)，輸出電壓始終保持單調(diào)，并且精度規(guī)格表中已經(jīng)考慮了這種可能的偏移。

4. 應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

4.1 連接到ADC

在將LMT85連接到ADC時(shí)，大多數(shù)CMOS ADC在充電采樣電容時(shí)需要從模擬源（如LMT85）獲取瞬時(shí)電荷。為了滿足這一需求，可以添加一個(gè)電容（(C{FILTER})）。(C{FILTER})的大小取決于采樣電容的大小和采樣頻率，不同的ADC輸入級(jí)可能有不同的電荷需求。

4.2 節(jié)能關(guān)機(jī)

由于LMT85的功耗小于9 μA，可以直接由任何邏輯門輸出供電，甚至可以直接由微控制器的GPIO供電。在電池供電的系統(tǒng)中，為了節(jié)省電量，可以通過(guò)將LMT85的(V_{DD})引腳直接連接到微控制器的邏輯關(guān)機(jī)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)機(jī)功能。

5. 電源供應(yīng)建議

LMT85的低電源電流和較寬的電源范圍（1.8 V至5.5 V）使其可以方便地從多種電源獲取能量。電源旁路電容是可選的，主要取決于電源的噪聲情況。在噪聲較大的系統(tǒng)中，建議添加旁路電容以降低耦合到LMT85輸出的噪聲。

6. 布局建議

LMT85的布局非常簡(jiǎn)單。如果使用電源旁路電容，應(yīng)按照布局示例進(jìn)行連接。不同封裝的LMT85有相應(yīng)的推薦布局，如SC70封裝、TO - 92 LP封裝和TO - 92 LPM封裝等。

7. 設(shè)備和文檔支持

7.1 文檔更新通知

可以通過(guò)訪問(wèn)ti.com上的設(shè)備產(chǎn)品文件夾，點(diǎn)擊右上角的“Alert me”進(jìn)行注冊(cè)，以接收文檔更新的每周摘要。同時(shí)，可以查看修訂歷史了解具體的更改細(xì)節(jié)。

7.2 社區(qū)資源

TI提供了豐富的社區(qū)資源，如TI E2E?在線社區(qū)，工程師可以在其中與其他工程師交流、提問(wèn)、分享知識(shí)和解決問(wèn)題。此外，還可以通過(guò)Design Support快速找到有用的E2E論壇、設(shè)計(jì)支持工具和技術(shù)支持聯(lián)系方式。

7.3 靜電放電注意事項(xiàng)

LMT85的內(nèi)置ESD保護(hù)有限，在存儲(chǔ)或處理時(shí)，應(yīng)將引腳短接或放置在導(dǎo)電泡沫中，以防止靜電對(duì)MOS柵極造成損壞。

總結(jié)

LMT85作為一款高性能的模擬溫度傳感器，憑借其高精度、低功耗、寬溫度范圍等特性，在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇封裝形式，注意安裝和布局，以及電源和噪聲處理等方面的問(wèn)題，以充分發(fā)揮LMT85的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用LMT85或其他溫度傳感器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。